通過滲碳及相應(yīng)的熱處理工藝手段，可使低碳鋼、低碳合金鋼在保持心部有較高的強(qiáng)韌性的同時(shí)，表面獲得高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。而可控氣氛滲碳能夠有效控制滲碳層深度、碳含量、硬度和金相組織，避免零件氧化和脫碳，大幅提高熱處理質(zhì)量，減少材料的浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率，降低成本，穩(wěn)定產(chǎn)品性能，延長使用壽命。因此，可控氣氛滲碳已廣泛應(yīng)用于井式滲碳爐、密封箱式多用爐、連續(xù)爐、網(wǎng)帶爐及轉(zhuǎn)底爐等，針對不同機(jī)械零件進(jìn)行滲碳處理。

一、常用可控氣氛滲碳

1．載氣+富化氣滲碳?xì)夥?/span>

（1）甲醇+富化氣甲醇的碳氧比(C/O)等于1，甲醇在滲碳溫度下裂解而形成弱滲碳性氣體，因此可作為載氣來使用。甲醇裂解氣中不論是碳的減少還是氧的增多都將破壞其平衡而產(chǎn)生CO₂，降低氣氛的碳勢。碳的減少，可能因發(fā)生炭黑沉積，或形成CH₄。氧的增多，可能由于空氣或水的侵入。因此，甲醇裂解氣的碳勢很易受外界和工藝狀態(tài)影響，加富化氣后碳勢變化較敏感。富化氣一般采用丙酮、煤油、丙烷居多。甲醇+富化氣滲碳法在滴注式井式滲碳爐上應(yīng)用較多。

（2）吸熱性氣氛+富化氣吸熱式氣氛

將原料氣（液化石油氣或天然氣、丙烷）與空氣按原子碳、氯比為1混合，送入裝有催化劑的、由外部供熱的反應(yīng)罐內(nèi)反應(yīng)制得。

丙烷制備：丙烷：空氣=1：1.74（1m³丙烷氣生成12.64m³吸熱式載氣）

天然氣制備：天然氣：空氣=1：2.4（I m³天然氣生成4.88 m³吸熱式載氣）

富化氣一般采用天然氣、丙烷。吸熱式氣氛廣泛用于多用爐。吸熱式氣氛發(fā)生器工作溫度高，吸熱式氣氛在低溫較容易產(chǎn)生積炭現(xiàn)象，由于其高的氫含量和氧含量，容易發(fā)生爆炸。

（3）氮基氣氛+富化氣

在氮?dú)庵刑砑舆m當(dāng)數(shù)量的碳?xì)浠衔锘蛱細(xì)溲趸衔铮怏w或液體），由于使用的添加物不同，就有了不同類型的氮基氣氛。其中氮?dú)?/span>+甲醇?xì)夥帐悄壳皬V泛采用的一種類型。氮?dú)夂图状及匆怀Ｒ?guī)熱處理定比例混合后進(jìn)入爐內(nèi)，在高溫下裂解形成滲碳?xì)夥?。?dāng)N₂與CH₃OH按某一比例混合時(shí)，爐內(nèi)裂解氣氛中的CO：H₂：N₂約為20%：40%：40%。這種比例的氣氛與天然氣為原料所制備的吸熱式氣氛的組成比例十分接近。為了使氣氛具有較高的碳勢，還需向爐內(nèi)加入少量的富化氣，如CH₄、C₃H₈或CH₃COCH₃（丙酮）等。氮?dú)?/span>+甲醇在爐內(nèi)裂解后氣氛成分穩(wěn)定，采用氧探頭很容易實(shí)現(xiàn)氣氛碳勢的自動控制。

2．直生式滲碳?xì)夥?/span>

即所謂超級滲碳．是將原料氣和空氣直接通入爐內(nèi)，在爐內(nèi)裂解生成滲碳?xì)夥铡Ｆ湓蠚馔ㄈ肓渴枪潭ǖ?，通過調(diào)節(jié)空氣的加入量來調(diào)節(jié)爐內(nèi)的碳勢，也就是說當(dāng)爐內(nèi)的碳勢高于設(shè)定值時(shí)，將增加空氣的加入量；反之，當(dāng)爐內(nèi)的碳勢低于設(shè)定值時(shí)，將減少空氣的加入量。作為原料氣可以選擇使用丙烷、丙酮或天然氣。該種氣氛在溫度較低滲碳時(shí)，容易產(chǎn)生積炭現(xiàn)象，而使?jié)B碳過程控制失穩(wěn)。直生式滲碳?xì)夥諠B碳法在易普森多用爐上采用和推廣較多。

二、氣氛控制方式

因露點(diǎn)法和紅外儀法測量值的精度，特別是測量值與爐氣變化的不同時(shí)、遲滯性，露點(diǎn)儀基本被淘汰，紅外儀僅用于輔助控制，目前廣泛應(yīng)用的是測量精度高，測量值與爐氣變化無遲滯的氧探頭控制法。

三、氮基氣氛的控制要點(diǎn)

氮基氣氛由于制備的易得性，在可控氣氛滲碳中的應(yīng)用相對普遍，但需注意幾個(gè)要點(diǎn)。

采用氮基氣氛進(jìn)行可控氣氛滲碳的關(guān)鍵是要保證CO、H₂、N₂的含量必須穩(wěn)定，就是要通過甲醇、氮?dú)饬髁康膰?yán)格控制，保證甲醇(L)：氮?dú)?/span>(m³)=1:1.11，若其中一個(gè)發(fā)生變化，另一個(gè)必須按此比例隨著變化。同時(shí)要保證氣體壓力恒定，因?yàn)橥攘髁繗鈮翰煌瑢?shí)際流量是不一樣的。

低于760℃不引入富化氣，高于540℃才通入甲醇。氣氛的通入量一定要使?fàn)t壓為正。富化氣要設(shè)定一個(gè)通入量上限，防止積炭使氧探頭失效。

另外，在482-704℃內(nèi)，會發(fā)生2CO=C+CO₃的反應(yīng)（博多阿德反應(yīng)），這是進(jìn)氣孔積炭堵塞的主要原因。

四、氧探頭的使用注意事項(xiàng)

結(jié)構(gòu)氧探頭的優(yōu)點(diǎn)是氣密性好，內(nèi)阻小，輸出信號強(qiáng)度較高且穩(wěn)定，探頭的互換性好。缺點(diǎn)是一旦損壞不能修復(fù)。組合式結(jié)構(gòu)氧探頭，氧化鋯頭、電極、氧化鋁管等元件各自獨(dú)立，可以任意更換，再生能力強(qiáng)，可修復(fù)，但氧化鋯頭內(nèi)外的氣密性是關(guān)鍵。

（1）氧探頭使用溫度必須高于650℃。

（2）氧探頭在爐中工作時(shí)，潔凈的參比空氣要持續(xù)、恒量、恒壓通入。

（3）氧探頭最好冷態(tài)裝卸，插入深度控制在50-100mm為宜。熱態(tài)時(shí)必須緩慢將氧探頭從熱爐膛中拔出或插入，拔出或插入的速度控制在30 - 40mm/min。

（4）積炭是造成氧探頭失效的主要原因。一定要設(shè)定富化氣丙酮、丙烷等的最大通入量，否則會使氧探頭上產(chǎn)生嚴(yán)重積炭，從而造成氧探頭永久性損壞。同時(shí)，要周期性進(jìn)行燒炭黑，一般每爐結(jié)束后做一次。

（5）定期檢測氧探頭內(nèi)阻，防止失效狀態(tài)下運(yùn)行。

青島豐東熱處理專業(yè)提供熱處理服務(wù)，可為客戶提供化學(xué)熱處理(滲碳、滲氮、碳氮共滲)、真空熱處理、等離子熱處理(離子滲氮)、常規(guī)熱處理(含深冷處理)等四大領(lǐng)域的熱處理加工服務(wù)。歡迎新老客戶來電咨詢，電話：4006577217。

“青島豐東熱處理”微信公眾號提供熱“新鮮”的處理行業(yè)動態(tài)及資訊，如果您對熱處理相關(guān)知識感興趣，歡迎關(guān)注我們，青島豐東期待與您共同進(jìn)步！